2019年高考物理一輪復習 第五章 機械能 實驗六 驗證機械能守恒定律課件

1、實驗六驗證機械能守恒定律 第五章 機械能 內(nèi)容索引 過好雙基關(guān) 命題點一 教材原型實驗 命題點二 實驗拓展創(chuàng)新 1 過好雙基關(guān) 1.實驗目的 驗證機械能守恒定律. 2.實驗原理(如圖所示) 通過實驗，求出做自由落體運動物體的 和相應過程動能的增加量，若二者 相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律. 3.實驗器材 打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、 、鐵架臺(帶鐵夾)、 導線兩根. 重力勢 能的減少量 刻度尺 基本實驗要求基本實驗要求 4.實驗步驟 (1)安裝器材：將 固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與 低壓電源相連. (2)打紙帶 用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c計時器下方附近，

2、先 ， 再 ，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的 點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(35條)紙帶. 打點計時器 接通電源 松開紙帶 (3)選紙帶：分兩種情況說明 若選第1點O到下落到某一點的過程，即用 來驗證，應選 點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近 的紙帶. 用 mvB2 mvA2mgh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶 時 選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否小 于或接近2 mm就無關(guān)緊要了. 5.實驗結(jié)論 在 的范圍內(nèi)，自由落體運動過程機械能守恒. 2 mm 誤差允許 1.誤差分析 (1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從

3、0點量起， 一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值. (2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增 加量Ek mvn2必定稍 于重力勢能的減少量Epmghn，改進辦法是 調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小 . 小 阻力 規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié) 2.注意事項 (1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要 架穩(wěn)，使其兩限位孔 在同一豎直平面內(nèi)，以減少 . (2)重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料. (3)應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落. (4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應用vn ，不 能用vn 或vngt來計算. 豎直 摩擦阻

4、力 3.驗證方案 方案一：利用起始點和第n點計算 代入mghn和 mvn2，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和 mvn2相等， 則 驗證了機械能守恒定律. 方案二：任取兩點計算 (1)任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB. (2)算出 mvB2 mvA2的值. (3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB mvB2 mvA2，則驗證了機械 能守恒定律. 方案三：圖象法 從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算 各點速度的平方v2，然后以 v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作 出 v2h圖象.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為 的直 線，則驗證了機械能守

5、恒定律. g 2 命題點一 教材原型實驗 (2016北京理綜21(2)利用圖裝置做“驗證機械能守恒定律”實 驗. (1)為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任 意兩點間的_. A.動能變化量與勢能變化量 B.速度變化量和勢能變化量 C.速度變化量和高度變化量 【例1】 答案 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及 開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_. A.交流電源 B.刻度尺 C.天平(含砝碼) 答案分析 (3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖所示的一條紙帶.在紙帶 上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為 hA、

6、hB、hC. 已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設重物的質(zhì)量為m. 從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量Ep_，動 能變化量Ek_. 答案分析 mghB (4)大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量， 原因是_. A.利用公式vgt計算重物速度 B.利用公式v 計算重物速度 C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D.沒有采用多次實驗取平均值的方法 答案 (5)某同學想用下述方法研究機械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點， 測量它們到起始點O的距離h，計算對應計數(shù)點的重物速度v，描繪v2_h圖 象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點的直線，則重物下落過程中

7、機 械能守恒，請你分析論證該同學的判斷是否正確. 答案 解析 不正確，理由見解析 題組階梯突破題組階梯突破 1.(2016全國卷22)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律， 其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和 40 Hz，打出紙帶的一部分如圖(b)所示. (a) (b) 該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f， 需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推 算. (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理 量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為 _，打出C點時重物下落的速度大小為_，重物下落的 加速度大小為_.

8、 答案解析 A、C的時間中點B、D的時間中點 分析 (2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當?shù)刂亓铀俣却?小為9.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推 算出f為_Hz. 答案解析 重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得 mgF阻ma 由已知條件F阻0.01mg 由得a0.99g 40 2.如圖是用“落體法”驗證機械能守恒定律的實驗裝置.(g取9.80 m/s2) (1)選出一條清晰的紙帶如圖甲所示，其中O點為打點計時器打下的第一 個點，A、B、C為三個計數(shù)點，打點計時器通以頻率為50 Hz的交變電流. 用分度值為1 mm的刻度

9、尺測得OA12.41 cm，OB18.90 cm，OC 27.06 cm，在計數(shù)點A和B、B和C之間還各有一個點，重錘的質(zhì)量為1.00 kg.甲同學根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當打點計時器打到B點時重錘的重力勢能 比開始下落時減少了_J；此時重錘的速度vB_m/s，此時重 錘的動能比開始下落時增加了_J.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 答案解析 1.851.83 1.67 (2)某同學利用他自己實驗時打出的紙帶，測量出了各計數(shù)點到打點計時 器打下的第一個點的距離h，算出了各計數(shù)點對應的速度v，然后以h為 橫軸、 以 v2為縱軸作出了如圖乙所示的圖線，圖線的斜率近似等于_. A.19.6B.9.8C.4.90

10、 圖線未過原點O的原因是_. 答案解析 先釋放了紙帶，再合上打點計時器的開關(guān) 3.某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，發(fā)現(xiàn)實驗誤差 較大.為了減小誤差，該同學設計出如圖乙所示的實驗裝置 來驗證機械能守恒定律.實驗前調(diào)整光電門位置，使小鐵球 下落通過光電門時球心能擋住激光束.實驗時，小鐵球從A 點自由下落，經(jīng)過光電門B時，通過毫秒計時器(圖中未畫 出)記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h， 用游標卡尺測得小鐵球的直徑d.重力加速度為g.則小鐵球通 過光電門時的瞬時速度v_.如果測量的d、t、h、g滿足 關(guān)系式_，即可驗證機械能守恒定律. 答案解析 3 3 命題點二 實驗

11、拓展創(chuàng)新 某同學用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼 球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方，在鋼 球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋 放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v 作為鋼球經(jīng) 過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計 時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之 間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就 能驗證機械能是否守恒. 【例2】 (1)用Epmgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測 量釋放時的鋼球球心到_之間的豎直距離. A.鋼球在A點時的頂端 B.鋼球在A點時的球心 C.鋼球

12、在A點時的底端 答案分析 題眼 (2)用Ek mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度 尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為 _cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s， 則鋼球的速度為v_m/s. 答案解析 遮光條的寬度d1.50 cm，鋼球的速度v 1.50 m/s. 1.50 1.50 (3)下表為該同學的實驗結(jié)果： 答案 解析 不同意，因為空氣阻力會造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep. Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38 Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8 他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成

13、的.你 是否同意他的觀點？請說明理由. 不同意理由見解析 (4)請你提出一條減小上述差異的改進建議. 答案 分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球 的速度v v. 解析見解析 題組階梯突破題組階梯突破 4.某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖 甲所示.在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B， 滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電 壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連.滑塊在細線的牽引下向左加 速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所 示的電壓U隨時間t變化的圖象. (1)實驗

14、前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊， 當圖乙中的t1_t2(選填“”“”或“”)時，說明氣墊導軌已 經(jīng)水平. 答案解析 實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當 圖乙中的t1t2時，說明滑塊已經(jīng)勻速運動，說明氣墊導軌已經(jīng)水平. (2)用游標卡尺測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d_mm. 答案解析 5.0 用游標卡尺測遮光條寬度d，則d5.0 mm. (3)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量 為m.將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示， 若t1、t2和d已知，要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否

15、守恒，還 應測出_(寫出物理量的名稱及符號). 答案解析 滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距離L (4)若上述物理量間滿足關(guān)系式_， 則表明在上述過程中，滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒. 答案解析 5.(2016全國卷22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝 置如圖所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一 物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接.向左推物塊使彈 簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓 縮后的彈性勢能. (1)實驗中涉及到下列操作步驟： 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點計時器電源 向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量 上述

16、步驟正確的操作順序是_(填入代表步驟的序號). 答案 (2)圖中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié) 果.打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出 在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為_m/s.比較兩紙帶 可知，_(填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢 能大. 答案解析 1.29 M 6.利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上 固定一傾斜的氣墊導軌，導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總 質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩和一質(zhì)量為m的小球相連；遮 光片兩條長邊與導軌垂直，導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過 光電門時的擋光時間t，用d表示A點到